بهبود عملکرد سلول‌های خورشیدی پروسکایتی با استفاده از نانوکریستال‌های چارچوب آلی-فلزی ZIF-8 در مرز مشترک پروسکایت و انتقال دهنده الکترون

نویسندگان

1 گروه اتمی و مولکولی، دانشکده فیزیک، دانشگاه یزد، یزد

2 گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

3 گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

doi
چکیده

با توجه به قابلیت فراوری آسان و ساختار میکرومتخلخل چارچوب­های آلی-فلزی، بکارگیری این نانوساختارها در سلول‌های خورشیدی پروسکایتی مورد توجه ویژه قرار گرفته است. در این تحقیق، با توجه به خصوصیات برتری پایداری رطوبتی و شیمیایی چارچوب­های آلی-فلزی، از نانوکریستال­های ایمیدازول زئولیتی-8 (ZIF-8) با هدف اصلاح سطح و بهبود انتقال بار در سطح مشترک پروسکایت و لایه انتقال‌دهنده الکترون در ساختار سلول­خورشیدی پروسکایتی استفاده شده است. نتایج بررسی آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی و الگوی پراش پرتو ایکس از سطح پروسکایت نشان می­دهد ساختار متخلخل نانوکریستال‌های ZIF-8 بر روی لایه متخلخل TiO2می­تواند به عنوان یک داربست در تشکیل بهتر لایه پروسکایت با ساختار کریستالی منظم­تری عمل کند. نتایج حاصل از آنالیزهای جذب نوری و منحنی جریان-ولتاژ سلول خورشیدی پروسکایتی نشان می­دهد. این نوع چارچوب آلی-فلزی می­تواند به عنوان یک لایه جاذب کمکی در گستره طول­موج­های کوتاه عمل کند و منجر به بهبود عملکرد فتوولتائیک سلول­های خورشیدی پروسکایتی شود. با توجه به عدم استفاده از ماده انتقال­دهنده حفره، با بکارگیری ZIF-8 در لایه بالایی TiO2، بازده سلول خورشیدی پروسکایتی با ساختار FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/Au بطور متوسط از 19/5 به 11/6 %بدست آمده است. دستیابی به چنین عملکردی، با توجه به انجام تمامی مراحل لایه‌نشانی و ساخت سلول، در شرایط محیطی و خارج از گلاوباکس، قابل توجه است. نتایج این پژوهش نشان می­دهد که چارچوب­های آلی-فلزی دارای پتانسیل بالایی در ساخت سلول‌های خورشیدی پروسکایتی با بازده مناسب را دارا است.